CN105782199A - 具有切割芯轴尖端的铆钉和单侧连接方法 - Google Patents

Abstract

用于紧固工件元件的产品和方法。铆钉组件可包括具有切割边缘的芯轴，所述切割边缘在铆钉本体定位成通过工件元件时在工件元件中形成开口。

Description

具有切割芯轴尖端的铆钉和单侧连接方法

相关申请的交叉引用

本申请要求在2015年1月13日提交的美国临时申请号62/102,883的权益。

技术领域

本公开总体涉及的领域包括紧固，并且更具体地包括紧固到工件的通道限于单侧的地方。

背景技术

制造的产品通常由整合成产品的若干部件组装。单个元件可以以若干方式被接合，其中的一种涉及被紧固在一起。用于将元件紧固在一起的选择是很多的。然而，关于连接组件的部件的挑战是无尽的并且持续存在对于紧固的新的和有效的设备及方法的需求。

发明内容

若干示例性变型可涉及一种用于紧固元件的产品并且可包括铆钉本体，其具有带有第一直径的开口的中空柄部。芯轴可延伸通过所述柄部。所述芯轴可具有延伸到所述柄部之外的部段，所述部段具有比所述第一直径更大的第二直径。所述部段可在切割边缘处终止。

在其他示例性变型中，可涉及一种用于单侧连接多个工件的方法。可提供第一工件元件并且至少第二工件元件可以在一位置处定位成与所述第一工件元件相邻，用于将所述工件紧固在一起。可以将铆钉组件定位在机器中。所述铆钉组件可包括铆钉本体，所述铆钉本体具有柄部和头部。芯轴可延伸通过所述铆钉本体并且可具有构造成用来切割的边缘。可以操作所述机器以旋转所述铆钉组件并以朝着所述工件元件平移所述铆钉组件。可由所述边缘切割开口通过所述工件元件并且同时所述柄部和所述芯轴可定位成通过所述开口。可将所述芯轴从所述开口抽出，从而扩张所述柄部以将所述工件元件紧固在一起。

在本发明范围内的其他示例性变型将从本文所提供的详细描述变得明显。应该理解，详细的描述和具体的示例（尽管公开了在本发明范围内的变型）仅旨在说明目的且并不旨在限制本发明的范围。

本发明还包括以下方案：

方案1.一种用于紧固元件的产品，其包括：

铆钉本体，其具有带有第一直径的开口的中空柄部；

芯轴，其延伸通过所述柄部，其中所述芯轴具有延伸到所述柄部之外的部段，其具有比所述第一直径更大的第二直径，所述部段在切割边缘处终止。

方案2.如方案1所述的产品，其中，腔在所述部段中形成并且打开通过所述切割边缘。

方案3.如方案2所述的产品，其中，所述部段包括围绕所述腔布置的壁，其中至少一个槽形成在所述壁中、通过所述切割边缘。

方案4.如方案3所述的产品，其中，所述元件具有总厚度，并且其中所述槽具有比所述总厚度更大的深度。

方案5.如方案1所述的产品，其中，所述芯轴包括具有扩大的直径的部段，所述部段布置在所述柄部中以在紧固所述元件之前将所述芯轴保持在所述铆钉本体中。

方案6.如方案1所述的产品，其中，所述切割边缘由接近三十度的角度形成。

方案7.如方案1所述的产品，其中，所述元件包括由所述切割边缘最后穿透的最后元件，其中所述最后元件可具有小于2.0毫米的总厚度。

方案8.一种用于紧固多个元件的铆钉组件，所述铆钉组件包括：

铆钉本体，其具有中空柄部，所述中空柄部具有第一端部和相对的第二端部，所述铆钉本体头部，其中所述头部的第一表面朝向所述柄部以及所述头部的第二表面背离所述柄部；

芯轴，其延伸通过所述铆钉本体，其中所述芯轴具有第一部段，所述第一部段延伸到所述铆钉本体之外超过所述第二表面，其中所述芯轴具有第二部段，所述第二部段从所述第一部段在所述铆钉本体的相对侧面上延伸到所述铆钉本体之外，其中所述第二部段在切割边缘处终止，所述切割边缘以锐角形成。

方案9.如方案8所述的铆钉组件，其中，腔延伸到所述第二部段中并且打开通过所述切割边缘，所述切割边缘限定围绕所述腔的壁。

方案10.如方案9所述的铆钉组件，其中，槽形成在所述壁中、通过所述切割边缘。

方案11.如方案10所述的铆钉组件，其中，所述槽形成在所述壁上的前边缘，其中所述前边缘是尖锐的。

方案12.如方案10所述的铆钉组件，其中，所述槽具有自所述切割边缘的深度，并且所述第一和第二元件具有总厚度，并且其中所述深度大于所述总厚度。

方案13.如方案8所述的铆钉组件，其中，所述切割边缘是硬化的。

方案14.一种用于单侧连接的方法，其包括：

提供多个工件元件；

将所述多个工件元件在一位置处定位成彼此相邻用于将所述多个工件元件紧固在一起；

将铆钉组件定位在机器中，其中所述铆钉组件包括铆钉本体，所述铆钉本体具有柄部和头部，其中芯轴延伸通过所述铆钉本体，其中所述芯轴具有构造成切割的边缘；

操作所述机器以旋转所述铆钉组件并且朝着所述多个工件元件平移所述铆钉组件；

利用所述边缘切割开口通过所述多个工件元件并且同时所述柄部和所述芯轴定位成通过所述开口；

将所述芯轴从所述开口抽出；

利用所述芯轴扩张所述柄部以将所述多个工件元件紧固在一起。

方案15.如方案14所述的方法，还包括步骤：在所述芯轴中提供槽，所述槽构造成允许由所述边缘切割的所述多个工件元件的材料通过所述槽。

方案16.如方案14所述的方法，还包括步骤：使所述芯轴断裂；和将具有边缘的所述芯轴的部段保留在所述铆钉本体中并且在所述多个工件元件内。

附图说明

本发明范围内的变型的选择示例从详细的描述和附图将得到更充分地理解，在附图中：

图1是根据若干变型的具有切割芯轴尖端的铆钉的局部截面示图。

图2是根据现有技术示例和若干变型的用于穿透和紧固的以千牛为单位的力相对于以毫米为单位的铆钉位移的图表。

图3a是根据若干变型的在单侧连接方法中的步骤的示意图。

图3b是根据若干变型的在单侧连接方法中的步骤的示意图。

图3c是根据若干变型的在单侧连接方法中的步骤的示意图。

图3d是根据若干变型的在单侧连接方法中的步骤的示意图。

图4a是根据若干变型的在单侧连接方法中的步骤的示意图。

图4b是根据若干变型的在单侧连接方法中的步骤的示意图。

具体实施方式

变型的下面描述在本质上仅仅是示例性的并且决不意于限制本发明的范围、其应用或用途。

在组装时，关于部件的有效紧固的挑战中的一个涉及到受限的接近旨在待被固定在一起的单个元件。当元件被定位在一起使得可以获得到所堆叠的元件的仅仅单侧的接近时，大大地减少可用的紧固方法的有效选择。一个这样的应用可涉及大的板部件，其可以与需要被固定的多个重叠边缘定位在一起。为成功地连接这些元件，可根据若干变型提供如在图1中示出的具有切割芯轴尖端的铆钉组件10。

铆钉组件10可包括铆钉本体12，其可包括柄部14和头部16。柄部14可以以中空圆柱形形状、具有被选择成延伸通过待被固定在一起的元件的厚度的长度来形成，使得当柄部14定位在通过该元件的开口中时前端部18将延伸到该元件之外。头部16可围绕柄部14的端部20朝外径向延伸。头部16可包括面向柄部14的方向的大体平的或凹的环形表面22，并且可包括与表面22相对的弯曲的或凸的表面24。表面22和24的形状可变化以配合所希望用于应用的工件和轮廓或外形。

铆钉组件10可包括芯轴26，其可延伸通过铆钉柄部24并且可具有带有尖端部分27的圆柱形杆的大体形状。芯轴26可包括部段28，其延伸到柄部14之外并且远离表面24一距离，该距离足够与机器相连接，用于给予旋转行为和力。部段28可包括围绕其外表面的环形凹槽或其他特征件，用于与所选择的机器的卡盘（chuck）接合。在优选为从尖端部分27中止的位置处在芯轴26中可设置有减小的直径部分32。此外，邻近尖端部分27在芯轴26中可设置有增大的直径部分34，其可邻近端部18在铆钉柄部14的内部中夹到凹槽36中。部分34以可有助于供给到将铆钉组件10应用到工件的机器中的方式，来可提供用于在使用之前将芯轴26固定到铆钉本体12中的机构。

尖端部分27可以存在为延伸到铆钉本体12之外并且远离铆钉柄部14的端部18，和可以具有比部段28的直径44更大并且比柄部14的内部开口直径更大的直径42。尖端部分27可包括打开通过端部40的腔38，使得环形壁46围绕腔38形成。腔可优选地具有比直径42更大的深度以便于切割。切割边缘可设置在端部40处，其中成角度的部分41朝着端部40逐渐变细，或可以另外地是尖锐的。部分41可以以角度43逐渐变细以便于切割和切屑形成，该角度可以是三十度。

若干槽48可围绕环形壁46的直径形成并且打开通过端部40。若干槽48可以是两个或更多个，并且可更优选的在三个和六个之间。所述槽可便于切割行为并且可提供间隙，用于待移位的工件材料比如切屑通过壁46逃离。此外，在槽48中的前边缘50可以是尖锐的以便于切割。槽48可具有从端部40朝向铆钉本体12的深度，该深度大于芯轴26旨在穿透的工件部件的堆叠厚度。这确保槽在整个切割过程期间保持打开的。穿过端部40的槽48的宽度可基于待被切割的材料来选择。

可使用铆钉组件10以切割通过待被紧固的工件，从而给其自身提供开口，在该开口内铆钉本体12可然后充当紧固件。图2根据本文描述为铆钉组件10的若干变型以图表示出在曲线52处的使用标准铆钉的已知摩擦搅拌盲铆接操作和在曲线54处的具有切割芯轴尖端的铆钉之间的穿透力的比较。图表绘制朝着待被穿透的工件施加的沿着竖直轴线的以千牛为单位的力，以及沿着水平轴线的以毫米为单位的工件的穿透距离。用于形成该图表的工件由两个堆叠的铝合金板组成，其中顶部板是1.0毫米厚度的AA6111以及底部板是具有2.0毫米厚度的AA6022。由铆钉组件10提供的所需要力的显著减少意味着可以实现较薄规格板材料的单侧连接，而不需要反作用的模具或支撑件，这通过相竞争的刺透和连接方法是不可能完成的。更低的所需要力可导致工件的更少的变形。

参考图3a到3d，示出使用铆钉组件10的单侧连接方法的加工步骤。在图3a中，提供由两层堆叠板56和58组成的工件，该两层堆叠板旨在待被紧固在一起、具有1.8毫米的总厚度60。铆钉组件62的芯轴61安装在机器64中，其给予朝着工件引导的旋转输入65和平移供给速率67。切割尖端68包括若干槽70，其具有从尖端68到芯轴61中的深度，该深度大于总厚度60。旋转尖端68以供给速率（其可以是恒定的或变化的以便于切割）或力（其可以是恒定的或变化的以便于切割）抵靠工件来按压，并且切割通过板56和58，从而形成完全通过板56,58的开口72，如在图3b中示出的。

如在图3b中示出的，随着切割行为完成，铆钉本体73的铆钉柄部74定位成通过开口72并且向外延伸超过板58，其中头部76定位成抵靠板56。如在图3c中示出的，随着施加到芯轴62的顶锻力78从工件远离，头部76可被保持成抵靠板56并且芯轴可被抽出。部段79当其被抽出通过时扩张柄部74，并且将板56和58锁定在一起。如在图3d中示出的，芯轴62然后断裂，并且铆钉本体73保持就位，从而将板56和58紧固在头部76和扩张的柄部74之间。部段79保持在铆钉本体73中和开口72内。板56和58由板56的改善的表面质量以及板56和58之间的有利的截面拉伸强度连接在一起。待被连接的板56和58的厚度60可包括具有小于2.0毫米的厚度的底部板58。该方法可用于连接多个板。当从一侧连接两个或多个板时，尤其在被切割边缘最后穿透的未支撑的板中的变形必须被限制。通过使用切割芯轴62的较低的正交力在该情况下是最有利的。

参考图4a和4b，示出根据若干变型的芯轴断裂过程。在图4a中铆钉本体77被示出为插入到开口中、切割通过工件86和88。铆钉由具有外套管82的机器保持就位，外套管82接合铆钉的头部80。内套管84接纳在外套管82内并接合芯轴81。内套管84可给予旋转力到芯轴81以切割通过工件86,88，其在示图中已经发生。如在图4b中示出的，随着外套管82向下保持铆钉，内套管84可施加拉伸力到芯轴81以使芯轴81断裂，从而使杆部90与切割头部92分离。芯轴断裂力在铆钉组件内是平衡的并且没有施加在工件上的侧向力，从而避免工件元件86,88的意外的变形。

变型的以下描述仅仅是被认为在本发明范围内的部件、元件、动作、产品和方法的例述，并且决不旨在通过具体公开或未明确提出来限制该范围。在本文描述的部件、元件、动作、产品和方法能够不同于如在本文明确描述地被组合和再布置，并且仍然被认为在本发明的范围内。

变型1可涉及一种用于紧固元件的产品并且可包括铆钉本体，其具有带有第一直径的开口的中空柄部。芯轴可延伸通过所述柄部。所述芯轴可具有延伸到所述柄部之外的部段，所述部段具有比所述第一直径大的第二直径。所述部段可在切割边缘处终止。

变型2可包括如变型1所述的产品，其中，腔可在所述部段中形成，其打开通过所述切割边缘。

变型3可包括如变型2所述的产品，其中，所述部段可包括围绕所述腔布置的壁，其中至少一个槽形成在所述壁中、通过所述切割边缘。

变型4可包括如变型3所述的产品，其中，所述元件可具有总厚度，并且其中所述槽可具有比所述总厚度大的深度。

变型5可包括如变型1到4中的任一项所述的产品，其中，所述芯轴可包括具有扩大的直径的部段，所述部段布置在所述柄部中以在紧固所述元件之前将所述芯轴保持在所述铆钉本体中。

变型6可包括如变型1到5中的任一项所述的产品，其中，所述切割边缘可以是由接近三十度的角度形成。

变型7可包括如变型1到6中的任一项所述的产品，其中，所述元件包括由所述切割边缘最后穿透的最后元件，其中所述最后元件可具有小于2.0毫米的厚度。

变型8可涉及一种用于紧固多个元件的铆钉组件。所述铆钉组件可包括铆钉本体，其可具有中空柄部，所述中空柄部具有第一端部和相对的第二端部。所述铆钉本体可具有头部，其中所述头部的第一表面朝向所述柄部以及所述头部的第二表面背离所述柄部。芯轴可延伸通过所述铆钉本体。所述芯轴可具有第一部段，所述第一部段延伸到所述铆钉本体之外超过所述第二表面。所述芯轴可具有第二部段，所述第二部段从所述第一部段在所述铆钉本体的相对侧面上延伸到所述铆钉本体之外。所述第二部段可在切割边缘处终止，所述切割边缘以锐角形成。

变型9可包括如变型8所述的产品，其中，腔可延伸到所述第二部段中并且可打开通过所述切割边缘，所述切割边缘限定围绕所述腔的壁。

变型10可包括如变型9所述的产品，其中，槽可形成在所述壁中、通过所述切割边缘。

变型11可包括变型10或11所述的产品，其中，所述槽可形成在所述壁上的前边缘，其中所述前边缘可以是尖锐的。

变型12可包括如变型11所述的产品，其中，所述元件可具有总厚度，并且其中所述槽深度可大于所述总厚度。

变型13可包括如变型8到12中的任一项所述的产品，其中，所述切割边缘和所述前边缘可以是硬化的。

变型14可涉及一种用于单侧连接的方法，其中多个工件可以在一位置处定位成彼此相邻，用于将所述多个工件紧固在一起。可以将铆钉组件定位在机器中。所述铆钉组件可包括铆钉本体，所述铆钉本体具有柄部和头部。芯轴可延伸通过所述铆钉本体并且可具有被构造成用来切割的边缘。可以操作所述机器以旋转所述铆钉组件并以朝着所述多个工件元件平移所述铆钉组件。开口可由所述边缘切割通过所述多个工件元件并且同时所述柄部和所述芯轴可定位成通过所述开口。可将所述芯轴从所述开口抽出，从而扩张所述柄部以将所述多个工件元件紧固在一起。

变型15可包括如变型14所述的方法并且可包括步骤：在所述芯轴中提供槽，其可构造成允许由所述边缘切割的所述多个工件元件的材料通过所述槽。

变型16可包括如变型14或15所述的方法并且可包括使所述芯轴断裂以及将具有边缘的所述芯轴的部段留在所述铆钉本体中和在所述多个工件元件内。

在本发明范围内的选择变型的上面描述在本质上仅仅是示例性的，并且因此，其变型或变体不被视为偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于紧固元件的产品，其包括：

铆钉本体，其具有带有第一直径的开口的中空柄部；

芯轴，其延伸通过所述柄部，其中所述芯轴具有延伸到所述柄部之外的部段，其具有比所述第一直径更大的第二直径，所述部段在切割边缘处终止。

2.如权利要求1所述的产品，其中，腔在所述部段中形成并且打开通过所述切割边缘。

3.如权利要求2所述的产品，其中，所述部段包括围绕所述腔布置的壁，其中至少一个槽形成在所述壁中、通过所述切割边缘。

4.如权利要求3所述的产品，其中，所述元件具有总厚度，并且其中所述槽具有比所述总厚度更大的深度。

5.如权利要求1所述的产品，其中，所述芯轴包括具有扩大的直径的部段，所述部段布置在所述柄部中以在紧固所述元件之前将所述芯轴保持在所述铆钉本体中。

6.如权利要求1所述的产品，其中，所述切割边缘由接近三十度的角度形成。

7.如权利要求1所述的产品，其中，所述元件包括由所述切割边缘最后穿透的最后元件，其中所述最后元件可具有小于2.0毫米的总厚度。

8.一种用于紧固多个元件的铆钉组件，所述铆钉组件包括：

铆钉本体，其具有中空柄部，所述中空柄部具有第一端部和相对的第二端部，所述铆钉本体头部，其中所述头部的第一表面朝向所述柄部以及所述头部的第二表面背离所述柄部；

芯轴，其延伸通过所述铆钉本体，其中所述芯轴具有第一部段，所述第一部段延伸到所述铆钉本体之外超过所述第二表面，其中所述芯轴具有第二部段，所述第二部段从所述第一部段在所述铆钉本体的相对侧面上延伸到所述铆钉本体之外，其中所述第二部段在切割边缘处终止，所述切割边缘以锐角形成。

9.如权利要求8所述的铆钉组件，其中，腔延伸到所述第二部段中并且打开通过所述切割边缘，所述切割边缘限定围绕所述腔的壁。

10.一种用于单侧连接的方法，其包括：

提供多个工件元件；

将所述多个工件元件在一位置处定位成彼此相邻用于将所述多个工件元件紧固在一起；

将铆钉组件定位在机器中，其中所述铆钉组件包括铆钉本体，所述铆钉本体具有柄部和头部，其中芯轴延伸通过所述铆钉本体，其中所述芯轴具有构造成切割的边缘；

操作所述机器以旋转所述铆钉组件并且朝着所述多个工件元件平移所述铆钉组件；

利用所述边缘切割开口通过所述多个工件元件并且同时所述柄部和所述芯轴定位成通过所述开口；

将所述芯轴从所述开口抽出；

利用所述芯轴扩张所述柄部以将所述多个工件元件紧固在一起。